ラマンライダーによる 対流圏エアロゾルの 光学的性質の系統 ….ppt

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1、ラマンライダーによる対流圏エアロゾルの光学的性質の系統的解析交通電子機械工学専攻2003320　和田勝也研究背景ライダーによる対流圏エアロゾルの長期動態観測（モニタリング）の重要性（鉛直分布、季節変化）ラマンライダーでは定量的に消散係数σ、後方散乱係数β、水蒸気混合比を求めることが可能である（本研究により本学では開始）ライダー比S（=σ/β)はライダーの解析上及びエアロゾルの光学特性上、重要なパラメーターである研究目的大気エアロゾルの定量的な光学的性質の季節変化などの動態把握ライダー比の観測値（気候値）と数値シミュレーションの比較検討ラマ

2、ンライダーの性能評価（他の測器との比較など）本研究では解析上の簡便さ等から紫外光(355nm)を使ったラマンライダーの解析のみを行ったエアロゾル大気中に浮遊している液体や固体などの微小な粒子状物質大きさは数nm～10μm人為起源のエアロゾル自動車の排ガス、工場排出物自然起源のエアロゾル土壌粒子、海塩粒子人為起源のエアロゾル自然起源のエアロゾル粒径(μm)ライダー（LIDAR）LIghtDetectionAndRangingの略レーザー光を大気に向けて送出し、観測対象の散乱光を受光することで、その距離、密度等を遠隔計測できるリモートセンシング手

3、法及び装置を呼ぶ大気中の分子と微粒子による光散乱レイリー散乱光の波長に対して粒子の半径が十分小さい場合に起こる（∝λ-4）ミー散乱光の波長に対して粒子の半径が同程度以上の場合に起こる（∝λ-0~-2）ラマン散乱分子の振動、回転状態を変化させることにより生じる散乱。散乱光の波長が変化。（ミー、レイリーより３桁以上効率が低い）νiνi±νRエアロゾルの光学的性質消散係数（単位:m-1）光が物質によって吸収、散乱することによって単位長さ当たりに消えて無くなる割合を表す係数光学的厚さ（無次元）太陽光の立場からエアロゾルの層が厚いかどうかを示す量(光学

4、的厚さが1のとき太陽光は1/e（≒0.368）倍になる)。消散係数を高度積分することで求められる後方散乱係数（m-1sr-1)物質に対して入射した光が180°逆向きに散乱される効率ライダー比(sr)ミー散乱ライダーの解析で仮定して用いられる量で、消散係数と後方散乱係数の比で与えられるライダー方程式ここで、C：装置定数β(z)：後方散乱係数Y(z)：幾何学的効率α(z’)：消散係数PB：背景光強度距離zからの光受信信号強度P（z）はFernaldの方法によるライダー方程式の解大気分子とエアロゾルの2成分を考慮し距離2乗補正したライダー方程式は次

5、式のように表わせる。ここでX(z):(P(z)–PB)z2α１：エアロゾルによる消散係数α２：大気分子による消散係数β１：エアロゾルによる後方散乱係数β２：大気分子による後方散乱係数S1:エアロゾルの消散係数と後方散乱係数の比（ライダー比）S2:大気分子の消散係数と後方散乱係数の比（＝8π/３；レイリー散乱理論より）が成り立つと仮定し方程式を解けば次式が得られるS1:観測波長、粒径分布、複素屈折率、形状に依存本学多波長ラマンライダーシステム2号館８-９階UV－ラマンライダーシステムレーザーパワー　100mJ繰り返し周波数10Hz望遠鏡口径　　

6、　　355mm視野角　　　　　　　2mrad干渉フィルター中心波長　　　半値幅Mie-Rayleigh354.8nm0.8nmN2-Raman387.0nm3.3nmH2O-Raman407.6nm0.9nm3000ショット毎に積算して収集観測は、雲がほとんど無い日没後に2～3時間ラマンライダー方程式λ0:レーザー光の波長λN2:窒素分子によりラマンシフトした波長λH2O:水蒸気分子によりラマンシフトした波長P:受信光強度K:ライダーの光学的効率β(z),α(z)は後方散乱係数、消散係数を表し、後方散乱係数の添え字はそれぞれmが大気分子、aが

7、エアロゾル、N2が窒素分子、H2Oが水蒸気分子からの寄与を表している。消散係数Ref.Ansman,A,etal.,Appl.Phys.,B55,18-28,1992.NR(z):空気分子の密度　(舘野　21:00JSTのラジオゾンデのデータを利用)XN2(z):窒素分子によるラマン散乱信号強度の距離二乗補正値k:オングストローム指数(粒径に関係したパラメータ)αm(z):空気分子の消散係数λ0:レーザーの波長λN2:ラマンシフトした波長(387nm)下限高度:600mRef.Whiteman,D.N.,etal,Appl.Opt.,31,3

8、068-3082,1992.後方散乱係数、水蒸気混合比R(z):　散乱比βm(z):分子の後方散乱係数βa(z):エアロゾルの後方散乱係数下限高度:~100mCw: